车联网数据分析(五):混合动力车动力及油耗分析

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车联网数据分析(五):混合动力车动力及油耗分析

2024-04-22 08:59| 来源: 网络整理| 查看: 265

本文用于分析的数据来自于插电式油电混合动力汽车,简称PHEV。关于混合动力汽车的概念,可以参考百度百科“混合动力汽车”条目。

一般来说,混合动力驱动有三种方式:

串联式:由发动机、发电机、驱动电机等三大动力总成用串联方式组成。号称续航达800公里的理想ONE增程式电动车就是串联式的,但是比通常串联PHEV的能量电池容量大一些。并联式:发动机和发电机都是动力总成,两大动力总成的功率可以互相叠加输出,也可以单独输出。混联式:综合了串联式和并联式的结构而组成的电动汽车。

当你花大把的钞票第一次拥有了一辆PHEV,你是否充满了好奇,想要了解的更多?比如:

她的动力驱动是串联、并联、还是混联的?真的象4S/OEM吹嘘的那样节油呢?如何使用更加地经济,以对得起额外付出的钞票呢?(通常比对等车型的燃油车售价贵一些)

那就让数据告诉我们答案吧!

选择数据项

数据采样频率是每隔30秒一条数据记录。这符合国家对新能源汽车的数据采集要求。

相对于前面几篇关于燃油车的数据分析,PHEV的分析需要更多的数据项:

时间戳车速(公里/小时)驱动电机转速(转/分钟)引擎转速(转/分钟)引擎状态挡位里程表(公里)剩余燃油量(升)

同样地,对数据进行清洗、整理、聚合、分割等操作。处理完这些,一切就绪,一起来探索吧!

PHEV动力驱动方式分析

还记得《车联网数据分析(三):车辆动态行为分析(上)》中图2 - 引擎转速 vs. 车速吗?像是有六个手指头的爪子。方便大家比较,引用如下:

图1:燃油车 – 引擎转速 vs. 车速

这是燃油车的引擎转速与车速之间的关系,与变速箱的挡位密切相关。

针对PHEV,笔者取连续3000个时点的数据,描绘引擎转速 vs. 车速之间的关系,如下图2所示。

图2:PHEV 引擎转速 vs. 车速

首先,从驾驶员的角度看,PHEV没有像手动挡燃油车一样的挡位。

其次,从图2可以看到,引擎转速与车速之间没有表现出类似于燃油车明显的规律性,引擎转速主要集中在1000-2000转/分钟。

再次,大量的红色数据点表明引擎自动关闭,车速在0-80公里/小时的范围内变化(为了图表的可读性,仅仅取了3000个点,不代表不能超过80公里/小时)。

既然从引擎转速/车速关系上看不出眉目来,暂且先放一边,看看驱动电机的转速与车速之间的关系如何?

如图3所示:电机转速 vs. 车速之间的关系。还是以那3000个数据点,以方便于比较分析。

图3:电机转速 vs. 车速

这个形状像是一个长柄的勺子。勺子的长柄展示了严格的线性特征,电机转速基本上直接决定了车辆速度。引擎发动机的动力是通过发电机,再到驱动电机输出的。这和串联式的混合动力驱动一致。这也是与燃油车引擎转速/车速的显著不同。

如果结合动力模式分析能量电池的储能、输出变化,也可以佐证这一点。

上述点图仅仅显示了3000个数据点,如果将所有的数据点图形化,形状也是一样的,只是勺子的长柄看起来稍显粗壮了一些。

问题是左下角为什么会向上翘起呢?

我们注意到,电机转速 > 0 时,就是勺子的长柄;电机转速 < 0 时,向左上方翘起。

很自然地,我们会想到,转速 < 0 可能表示倒车。那么,按照挡位的状态重新绘制上图,如图4所示:

图4:电机转速 vs. 车速,按照挡位

上图中,浅紫色点代表倒车档,正好落在电机转速 < 0 的区域。这说明,在倒车的时候,电机转速也线性地决定了车速的大小。

有着如此良好的线性关系,我们只要控制电机转速就可以严格控制汽车的速度,这对于自动控制、无人驾驶来说真是个好消息啊!

电机的精确控制早就不是什么科技难点了,而燃油车的复杂非线性一直是汽车自动驾驶的难点,成熟的、大规模商用的线控技术至今尚未出现。

只有人类驾驶员才能较好地驯服和驾驭,驾驶汽车既是技术、也是艺术。客观上,它带给了人类很多的驾驶乐趣。不仅有钱人,普通人也能享受。

此刻,我们在憧憬着人工智能和无人驾驶的美好前景。

将来,我们会怀念永远逝去的驾驶乐趣。那时候,驾驶汽车就像现在骑马一样只有有钱人才能享受。有人驾驶汽车将十分昂贵,而公共道路已经不允许这些汽车上路了,就像你现在不能在公共道路上骑马一样。

油耗分析

相同的车型,PHEV比燃油车要贵一些,因为内部设计更加复杂嘛!复杂意味着出问题的几率更大;量产小,小众意味着零配件及维护成本更高。

购买混动车的理由是PHEV兼具燃油车和电动车的优点,方便充电时用电,不方便补电时用油。既享受驾车的乐趣,又能绿色环保(造车、用车还能环保,笔者愚钝,一直想不明白),多么美好啊!

生活的残酷让笔者比较粗俗,购买PHEV的理由主要是在上海可以上牌、不限行(听说从2019年某一个日期开始不送沪牌了);此外,能节约点油钱也很不错啊!

下面一起来看看油耗的表现如何。

首先,看看在不同的模式下,该车辆的驾驶里程,如图5所示。

图5:不同模式下的驾驶里程

注意:此处里程数是基于行程(trip)计算的,主要是为了和其他的计算保持一致性,但是也会带来纯电驱动模式对应的数据偏小等失真的问题。

红色表示纯电驱动,全部都由能量电池提供能量驱动,这样的公里数比较少。因为PHEV的电池容量有限,纯电续航里程一般在50-100公里之间,多数时候不能独立完成一个行程(除非充满电)。这样按照笔者的计算方法就会算到混动模式下了,所以该数值较小。绿色表示纯油模式,能量全部由燃油提供。但是就像上文分析的那样,发动机通过发电机到能量电池和驱动电机来驱动汽车的。这种模式的里程数最多,而且该车主每月的总里程数几乎都超过5000公里,说明PHEV的节油性很可能是他购买的重要原因之一。如果分析他的行程和驾驶习惯,基本可以猜测出来他是干什么的。这里就不多说了。蓝色表示混动模式。从数据趋势上看,混动模式的里程数呈现上升趋势。是否说明,该用户越来越注重绿色环保了?

很显然,在纯电模式下,油耗为零。我们看看混动模式、纯油模式下的油耗,和综合油耗。如图6所示。

图6:不同模式下及综合油耗比较

此处,隐藏了真实油耗,避免大家猜测并同某些车型做横向对比。没有比较,就没有伤害!

我们只要看看在不同模式下的油耗表现就可以了。

上图中,蓝色表示混动模式下的油耗,比绿色(很抱歉,用绿色表示燃油模式)对应的纯油模式下的油耗明显好一些。红色表示综合油耗(综合了纯电模式下的0油耗)。

9月份的数据令人费解,需要深入研究一下,这里就不展开了。

其他月份的数据都比较符合直觉。综合油耗都有所减少。

那么PHEV真的给车主省钱了吗?我们不妨简单地计算一下。

在一线城市的市区开车,燃油车每百公里油耗一般都在10升以上,有些高达15升以上。

本车型的实际综合油耗在6-10升之间(不限于上图显示的数据)。即使纯油模式,由于能量回收的缘故,耗油也比燃油车显著减少。

假设每百公里平均省油3升(建议养成充电的好习惯,绿色地球也有你的贡献),每月行驶5000公里,一个月节省燃油3 x 50 = 150升。也就节约燃油费约1000元/月,一年12000元。电费十分有限,但是未考虑充电引发的停车等额外费用。

如果你也是每天大量开车,或者在某滴上跑专车、快车,PHEV是个不错的选择哦。

为了我们的绿色家园,有必要更多地了解如何减少油耗。下面就空挡、纯电驱动、平均车速对油耗的影响做了一个简单的可视化分析,再一次抹掉了具体油耗数值。如图7所示。

图7:油耗因素分析

这些因子对油耗的影响都是非常符合直觉的,并非新的发现,只是用数据重新佐证了一次而已。

空挡状态的比例越高,油耗越高。纯电驱动的比例越高,油耗越低。平均车速越高,油耗越低。

事实上,混动模式的运行过程是非常复杂的,需要进一步细分研究。同时,根据燃油、引擎、电池、电动机、混动模式等参数,可以建立车辆模型。

由于笔者水平有限,难免出现错误、甚至误导大家,如有发现,恳请留言指正。多谢啦!

如需联系,请私信;或者微信号:jingelaoma

附:

车联网数据分析(一):用户出行行为分析

车联网数据分析(二):驾驶行为分析

车联网数据分析(三):车辆动态行为分析(上)

车联网数据分析(四):车辆动态行为分析(下)



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